基本介紹
- 中文名：雙面精研機
- 外文名：double-side polishing machine
- 別稱：雙面研磨機
- 用途：零件精研雙面加工
簡介,工作原理,國內外發展現狀,國外開發狀況,國內開發狀況,發展趨勢,
簡介
雙面精研機主要用於矽片、石英晶體、玻璃、陶瓷、藍寶石、砷化鎵、鈮酸鋰等零件的精研雙面加工，也適用於閥板、閥片、光導纖維、計算機儲存檔及其他片狀金屬、非金屬零件的精研雙面加工。
該設備的主要特點是四驅動雙面精研，上、下金剛石磨盤作相反方向轉動，工件在載體內作既公轉且自轉的遊星運動，上、下面同時均勻磨削，遊星輪自轉方向可以改變。上、下研磨盤的平面度可以自動修正，研磨量由計時控制，電機變頻調速，啟停平穩，並能選擇理想的磨削速度，研磨壓力分輕、重、輕無級可調。本機型另有高檔配置，帶自動測量控制，金剛石研磨盤供用戶選擇。
工作原理
雙面精研機能避免由夾具的粘結誤差及薄片工件兩面的應力差引起的變形問題。雙面研磨的結構簡圖如右圖所示。研磨的工件放在工件行星輪內，上下均有研磨盤。研磨墊固定在上研磨盤和下研磨盤的表面，被加工晶片放在由中心齒輪和內齒圈組成的差動輪系內。研磨壓力則由氣缸加壓上研磨盤實現。為減少研磨時晶片所受的作用力，一般使上研磨盤和下研磨盤分別以大小相等、方向相反的角速度旋轉。晶片的運動由行星輪帶動，同時上、下研磨盤研磨壓力的作用下產生自轉，因此晶片的運動是行星運動和自轉運動的合成運動。
雙面精研機結構原理圖
雙面精研機結構原理圖國內外發展現狀
國外開發狀況
國外精密單面游離磨料研磨機生產商主要有Engis公司、Logiteeh公司、英國Lapmaster International公司、日本Hitechnoth公司和德國愛孚機械製造公司等。Engis公司是世界上平面研磨、拋光加工的技術領先者，總部設於美國，在日本、加拿大、英國、韓國、新加坡、香港均設有分公司。其中Engis Hyprez flat lapping machines適合於金剛石磨料研磨，預設工廠常用速度：可實現0-440RPM無級變速；2級壓力控制，慢停慢啟動功能，可以加工各種晶體、半導體基片等。例如：加工GaN 6小時後表面粗糙度可達Ra 0.39 nm；加工YAG90分鐘後表面粗糙度可運Ra 0.40 nm，Rt 4.40 nm，平面度為1 50nm/1 5ram。
英國Logitech公司有40多年的研磨拋光經驗，它生產的系列桌面CMP拋光設備具有很高的精度，拋光GaAr的平面度為5級條紋，表面粗糙度Ra 達到3-4nm，厚度可以控制在±2µm到100µm，平行度為±2µm。DH系列拋光設備還帶有自動化的研磨頭(45KG)、自動載入系統和上下工件系統。PM5自動研磨拋光機，裝有研磨盤平面度自動監控和調整系統，可將研磨盤的平面度自動修正到操作者所期望的範圍內，誤差為1µm，極大的降低了人工修正的時間，提高了工作效率。
日本Hitechnoth公司能生產非常小型的桌式研磨機，用於晶片的精密研磨加工。HIT-12B型單面研磨機可配置的研磨盤直徑範圍為300mm~380mm，可同時加工三塊晶片，主軸轉速0~60rpm，載入力為靜載荷，系統自動控制研拋時間，最大的的特點是該型機器非常的輕便，機器總重量只有60kg，非常便於搬運。HIT-24P-H4單面拋光機拋光碟的直徑為610mm，具有4個工件軸，可同時拋光四個工件，工件的最大直徑可達23 0ram，工作區以透明玻璃密封，控制臺採用LED觸控螢幕，操作非常方便。整機重1 500kg，搬運有些不便。
國內開發狀況
國內研究與開發超精密平面研磨拋光設備的研究機構主要有中國航 空精密機械研究所、浙江工業大學、長春理工大學、中科院人工晶體研發中心、南京航空航天大學等。生產超精密平面研磨拋光設備的公司主要有上海日進工具機有限公司、上海菜特門機械有限公司、北京奧美創新機電科技有限公司、深圳宏達高精度平面研磨拋光設備有限公司、深圳市納諾斯精密機械技術有限公司等。
目前代表國內最高水平的北京中國航空精密機械研究所(超精密加工技術國防科技重點實驗室)80年代研製的龍門結構式CJY-500超精密平面研磨工具機，上下研磨盤用靜壓油缸推動上磨盤運動，軸向重複定位精度優於0.2µm。在研磨工具機上配有金剛石切削機構，可以對研磨盤進行加工。磨盤用金屬錫製成時加工平面度可達0.03µm．工件表面粗糙度達0.3nm。
浙江工業大學研究的台式智慧型型納米級拋光機除採用了常規的修正環線上修整裝置、偏心載荷修整工件的平行度外，附加了最佳加工工藝參數專家資料庫控制系統和超精密光柵測控技術控制拋光碟轉數等技術。通過修正環的旋轉可以實時連續的對研磨盤、拋光碟的平面度進行修整，可用於矽片、鈮葭鋰基片、鉭酸鋰基片、石英晶體等平面晶體工件的加工。
長春理工大學則生產了高速(固結磨料)平面研磨機．主要用於透鏡的精磨加工。中科院人工晶體研發中心高宏剮等人研製了FP500型超精密錫磨盤平面研拋機，工具機的主體結構例似於小型立 車與立式端面磨床的合成，具有超精密車削與超精密研拋兩大功能，可以方便地進行基於多種基本原理的超光滑研拋研究。
發展趨勢
今後，雙面精研機將朝著高精度、 高效率的方向發展，這一趨勢體現在2個方面： 其一是超精密複合加工方法的出現，如化學機械拋光、 電解磁力研磨、 超聲珩磨等，通過多種材料去除機理的協調作用提高加工精度和加工效率； 其二是半固著磨粒加工技術的出現，如日本秋田縣裡大學吳勇波教授提出的磁性拋光體(Magnet ic Compound Fluid Polishing Tool)拋光技術和本課題組提出的半固著磨粒加工技術。前者的加工工具是將磁性複合流體(MCF)和磨粒粒子、 植物纖維素均勻混合後在磁場條件下壓縮後製得，在磁場下呈半固態。後者的加工工具是採用特殊的結合劑和製作方法製得，加工過程中磨具對磨粒的約束介於固著磨粒加工和游離磨粒加工之間。
